【文章內(nèi)容簡介】 真結果的正確性。圖11 16QAM調(diào)制模塊的功能仿真結果 16QAM解調(diào)的設計實現(xiàn)解調(diào)實質(zhì)上是調(diào)制的逆過程，在本文設計中16QAM的解調(diào)主要完成電平判決和符號逆映射的過程，即解調(diào)模塊接收來自上一模塊的觀察值，判斷其應映射至lJ星座圖上的某一點，從而恢復其碼字，井經(jīng)過并串變換得到串行的二進制比特流。圖12為本文解調(diào)模塊的結構圖。圖12 16QAM解調(diào)模塊的結構圖為了減少計算量，在解調(diào)模塊的符號判決中采用一種不完全的最大似然方法。如圖12所示，首先判斷觀察值所屬的象限，之后在所確定的象限內(nèi)再利用最大似然的方法，逐一計算該觀察值與該象限內(nèi)4個映射點的歐式距離，調(diào)用排序模塊來計算此4個距離中的最小值，確定與觀察值踐離最近的星座點，與圖9的星座圖相對應，該點的碼字即為該觀察值的符號判決結果。最后通過并串變換將得到的映射碼字轉化為串行的比特流輸出。對于觀察值坐落在坐標軸上的特殊情況，本文中約定水平軸的正負半軸、垂直軸的正負半軸分別屬于第1，第4，第3,第2象限。對于觀察值與某兩個星座點的距離相等的情況，約定取距離坐標軸近的那個點為映射點。表4 16QAM解調(diào)模塊的功能驗證數(shù)據(jù)如表4所示，分別在四個象限內(nèi)各取一個觀察值，對該解調(diào)模塊進行功能驗證，得到的仿真結果如圖13所示。其中clk為解調(diào)數(shù)據(jù)輸入時鐘，clk4為比特輸出時鐘，clk4的時鐘頻率是clk的4倍，信號sqam為映射的符號碼字，信號yout為經(jīng)過并串變換之后的串行比特流，可以看到，得到的仿真結果與表4中的理論值完全吻合，從而可以確定該解調(diào)模塊功能正確。圖13 16QAM解調(diào)模塊的功能仿真結果4 64QAM調(diào)制解調(diào)的FPGA實現(xiàn) 64QAM調(diào)制的設計實現(xiàn)64QAM映射的實現(xiàn)過程，首先將基帶信號經(jīng)過串并變換后轉換為兩路并行信號，每一路并行數(shù)據(jù)流的寬度為3比特，其中高位的l比特決定映射到哪一個象限，低位的2比特決定在每一個象限內(nèi)的映射位置，每一路分別采用格雷編碼技術。，, v，其中的電平值用8位補碼表示，考慮到系統(tǒng)中其他模塊的運算精度要求，這8位二進制補碼表示中，第1位為符號位，2一4位為整數(shù)位，后4位表示小數(shù)。星座點映射關系如表5所示。表5拼QAM星座點映射關系表5 64QAM星座點映射關系按照表5所示的星座點映射關系，就可以得到本文中的64QAM的星座映射圖如圖14所示。圖14 64QAM的星座映射圖從圖14可以看出，因為采用了格雷編碼，相鄰碼字之間只有l(wèi)比特不同，圖15為輸入比特流為｛100111一01011_101100_000000,．…｝時。輸入數(shù)據(jù)流在比特時鐘。lk的作用下輸入，經(jīng)過串并變換和符號映射映射為數(shù)據(jù)符號在輸出時鐘clk6下輸出，時鐘clk6是時鐘clk的六分頻，這兩個時鐘都由系統(tǒng)的時鐘分頻模塊產(chǎn)生。為了與下一個模塊的時序?qū)R，使用dvahd信號作為數(shù)據(jù)有效標志信號。1,Q兩路的符號映射結果組合后由一個16位的信號yout輸出，參照圖14的星座映射規(guī)則，可知該64QAM符號映射模塊仿真結果的正確性。圖15 64QAM符號映射模塊仿真結果 64QAM解調(diào)的設計實現(xiàn)與16QAM的解調(diào)一樣，64QAM的解調(diào)其實質(zhì)也是完成電平判決和符號逆映射的過程，即解調(diào)模塊接收來自上一模塊的觀察值，判斷其應映射到星座圖上的某一點，從而恢復其碼字，并經(jīng)過并串變換得到串行的二進制比特流。與16QAM不同，64QAM的星座圖點數(shù)較多，即使采用上節(jié)所述16QAM的不完全的最大似然方法，運算復雜度和消耗的片上資源也比較多，所以對于64QAM的電平判決，通過根據(jù)倒推64QAM的星座映射規(guī)則，分別由觀察值的象限和實部、虛部的幅度值來判斷該映射符號在星座圖上的位置。判決原則為，觀察值的象限決定逆映射結果的前兩位，實部的大小決定映射結果的第3位和第5位，虛部的幅度值決定映射結果的第4位和第6位。圖16為該判決規(guī)則的示意圖，按照上述映射規(guī)則，落在圖中陰影區(qū)域的點將映射為｛001011｝。圖16 64QAM的星座圖確定了輸入判決符號即觀察值在星座映射圖上的位置之后，通過一個快時鐘將得到的6比特符號串行輸出，整個64QAM逆映射設計實現(xiàn)的RTL編碼流程如圖17所示。當該逆映射模塊接收到一個觀察值，首先取出該觀察值的實部、虛部的符號，并計算該觀察值的實部、虛部的絕對值大小。之后根據(jù)觀察值所在的象限判定映射符號的前兩位，根抓實部絕對值的大小判定映射符號的第3,5位，根據(jù)虛部絕對值的大小判定映射符號的第4,6位。得到映射符號的6位判決結果之后利用快時鐘將此6比特數(shù)據(jù)串行輸出。判決過程中，對于處于臨界值的點，取靠近坐標軸的結果。圖17 整個64QAM逆映射設計實現(xiàn)的RTL編碼流程從圖17中可以看出，定時等待、取實部和虛部的符號與計算實部、虛部的絕對值的RTL代碼是并行執(zhí)行的，這也是verilog硬件描述語言的主要特點之一。圖17種的兩個陰影模塊所示的分別為第1,2比特和第3,4,5,6比特的判定，這兩部分的RTL編碼流程分別如圖18和19所示。如圖18所示，通過判定觀察值的實部和虛部的符號來判定前兩個比特的值。若實部為lT.，則第！個比特為O，否則第1個比特為1。若虛部為正，則第2個比特為O，臺則第2個比特為1。圖18 64QAM解調(diào)1,2比特的判定RTL編碼流程在圖19中，通過判定觀察值絕對值的大小來判定第3,4,5,6比特的值。實部的絕對值決定第3,5比特的值，虎部的絕對值決定第4,6比特的值。具體的判決規(guī)則與圖16一致。圖19 64QAM解調(diào)3,4,5,6比特的判定RTL編碼流程分別在四個象限內(nèi)各取兩個觀察值，對該64QAM解調(diào)模塊進行功能驗證。表6示出了在各個象限的取值、在Modelsim的測試激勵中這些值的十六進制表示以及理論上的判決結果。圖6 64QAM解調(diào)校塊功能驗證數(shù)據(jù)將表6中的觀察值作為輸入，得到的該64QAM模塊的功能仿真結果如圖20所示。其中clk為解調(diào)數(shù)據(jù)輸入時鐘，clk6為比特輸出時鐘，clk6為的時’鐘頻率是clk的4倍，這兩個時鐘都由系統(tǒng)的時鐘控制模塊產(chǎn)生。信號yout為映射的符號碼字，信號dataout為經(jīng)過并串變換之后的串行比特流輸出，信號dv為解調(diào)輸出信號有效的指示信號。從圖中可以看到，得到的仿真結果為｛010010｝，{001010}，{101011},｛110101},…，與表6中的理淪值完全吻合，從而可以確定該解調(diào)模塊功能正確。圖20 64QAM解調(diào)模塊的功能仿真結果5 .MC一COMA調(diào)制解調(diào)的硬件實現(xiàn)在MIMO環(huán)境一「，為有效可靠地支持數(shù)據(jù)速率為數(shù)十兆bit/s甚至數(shù)百兆bit/s的全IP高速分組數(shù)據(jù)傳輸，必須采用多載波并行傳輸技術。多載波方案應當能夠適于各種多天線環(huán)境，抵抗諸如多徑干擾、衰落、頻偏和多普勒頻移、同步與定時偏差以及多用戶干擾等各種信道干擾和失真，更易于擴展帶寬和支持可變的用戶速率。根據(jù)MC一CDMA調(diào)制解調(diào)的基本原理，在本文的方案設計中將其調(diào)制過程劃分為符號復制，頻域擴頻，載波調(diào)制三個功能模塊，解調(diào)過程劃分為載波解調(diào)，解擴和頻域合并三個功能模塊。考慮到代碼的整齊和運算速度的要求，在設計中采用了流水線操作進行；材示處理，在必要的情況下，又將各功能模塊再分為幾個子模塊，具體的功能模塊框圖如圖21所示。圖21 MC一CDMA調(diào)制解調(diào)功能模塊框圖根據(jù)需求，本文設計方案的子載波數(shù)為32，擴頻碼由長度為32的OVSF碼發(fā)生器產(chǎn)生，通過設置OVSF碼發(fā)生器的參數(shù)，可以選擇32種不同的碼字中的一種進行擴頻來區(qū)分不同用戶的數(shù)據(jù)。各個模塊之間的時序關系通過ens等控制信號來實現(xiàn)，前端模塊運算完成才觸發(fā)后端模塊，從而實現(xiàn)流水線操作。從圖中可以看到，調(diào)制器與解調(diào)器結構上相對應的各個模塊之間，在功能上是相反的逆過程，下面詳細介紹各模塊的具體設計實現(xiàn)方法。實現(xiàn)MC一CDMA調(diào)制功能的程序結構如圖22所示。該圖說明了實現(xiàn)MC一CDMA調(diào)制的所有程序模塊之間的關系和信號流程。其中MC一CDMA模塊為項層模塊，第二行的三個函數(shù)為一級子模塊，第三行的函數(shù)為二級模塊。進入MC一CDMA調(diào)制器的數(shù)據(jù)符號首先經(jīng)過N次復制，本文系統(tǒng)中N=32,Copy32子程序模塊即用于實現(xiàn)多載波調(diào)制中的符號復制功